Spiediena atvieglošanas vārstu izmēru noteikšana, testēšana un apkope rūpnieciskajās iekārtās

Inženierijas pamati un lauka prakse PRV izvēlei, API 520/526 izmēru noteikšanai, iestatījuma spiediena regulēšanai un vietējām pop testēšanas procedūrām

Spiediena atvieglošanas vārstu loma un veidi

Spiediena atvieglošanas vārsts (PRV) ir atsperes darbināms ierīce, kas automātiski atveras, kad ieplūdes spiediens pārsniedz iepriekš noteiktu iestatījuma punktu. Tas izvada šķidrumu, lai mazinātu pārsprieguma stāvokli, pēc tam aizveras, kad spiediens samazinās līdz izslēgšanās spiedienam. PRV aizsargā spiediena tvertnes, siltummaiņus, cauruļvadus un sūkņus no to projektētā spiediena robežu pārsniegšanas.

Trīs veidi dominē rūpnieciskajās procesā rūpnīcās. Pirmais, parastais atsperes darbināmais atvieglošanas vārsts, ir visizplatītākais veids. Atsperes spēks tur disku pret sprauslas sēdekli. Kad ieplūdes spiediens pārsniedz iestatījuma spiedienu, disks paceļas un plūsma tiek novadīta uz atvieglošanas kolektoru. Šis veids ir jutīgs pret atpakaļspiedienu izplūdes kolektorā — palielināts atpakaļspiediens samazina efektīvo iestatījuma spiedienu un var izraisīt vibrācijas.

Otrais, līdzsvarotais bellowu atvieglošanas vārsts, izolē atsperes kameru no izplūdes puses, izmantojot elastīgu bellowu elementu. Šis dizains panes mainīgu vai virsū uzliktu atpakaļspiedienu līdz 50% no iestatījuma spiediena, neietekmējot atvēršanas darbību. Tas ir priekšroka korozīviem pakalpojumiem un situācijām ar ievērojamu uzkrātu atpakaļspiedienu.

Trešais, pilotvadāmais atvieglošanas vārsts (PORV), izmanto sistēmas spiedienu, lai turētu galveno virzuļa aizvērto stāvokli. Mazs pilotvārsts jūt ieplūdes spiedienu un atbrīvo galveno virzuli, kad sasniegts iestatījuma spiediens. PORV var iestatīt daudz tuvāk ekspluatācijas spiedienam (līdz 5%) bez viltus atvēršanās vai dūmošanas. Tos plaši izmanto augsta spiediena un lielas kapacitātes gāzes pakalpojumos, kur parastie atsperes vārsti būtu pārāk lieli.

Izmēru noteikšanas pamati saskaņā ar API 520 un ASME kodeksu

Par mazi atvieglošanas vārsti nespēj pietiekami ātri atbrīvot projektēto pārsprieguma gadījumu. Pārāk lieli vārsti vibrē — tie ātri atveras un aizveras atkārtoti — kas bojā sēdekli un disku un izraisa priekšlaicīgu noplūdi. Tāpēc pareiza izmēru noteikšana ir kritiska gan drošībai, gan uzticamībai.

Galvenais izmēru noteikšanas standarts procesā rūpnīcām ir API standarts 520 (Spiediena atvieglošanas ierīču izmēru noteikšana, izvēle un uzstādīšana). Papildu standarts API 526 nosaka flanču vērtējumus, atveru apzīmējumus un standarta ieplūdes/izplūdes izmērus.

Pamata šķidruma plūsmas izmēru noteikšanas vienādojums nosaka nepieciešamo efektīvo izplūdes laukumu A:

Šķidruma pakalpojumam: A = Q / (38 × Kd × Kw × Kc × √(ΔP / G))

Kur Q ir tilpuma plūsmas ātrums (ASV gal/min), Kd ir efektīvais izplūdes koeficients (parasti 0,65 šķidruma pakalpojumam), Kw ir atpakaļspiediena korekcijas koeficients, Kc ir kombinētais korekcijas koeficients plīsuma diska uzstādīšanai, ΔP ir spiediena starpība iestatīšanas apstākļos (psi), un G ir specifiskā gravitāte attiecībā pret ūdeni.

Gāzes un tvaika pakalpojumā vienādojumā iekļauj saspiestības faktoru Z un specifiskās siltuma attiecību k, un pirms izmēru noteikšanas formulas piemērošanas jānosaka kritiskā vai subkritiskā plūsmas režīma stāvoklis.

ASME VIII sadaļa ļauj aizsargāt tvertnes pie 110% no maksimālā pieļaujamā darba spiediena (MAWP) ar vienu atvieglošanas vārstu uzstādījumu vai pie 116% uguns gadījuma aizsardzībai ar diviem vārstiem. Atvieglošanas vārsta iestatījuma spiedienam nedrīkst pārsniegt tvertnes MAWP, kas norādīts uz nosaukuma plāksnes.

Pārsprieguma gadījumi, kas jāņem vērā izmēru noteikšanā, ietver: aizsprostotu izplūdi, atgriešanās neizdošanos, ārēju ugunsgrēku, cauruļu plīsumu siltummaiņos, bloķētu šķidrumu termisko izplešanos un komunālo pakalpojumu bojājumus. Lielākais nepieciešamais atvieglošanas laukums no visiem ticamajiem gadījumiem nosaka galīgo vārsta izvēli.

Emerson Anderson Greenwood un Crosby produktu līnijas aptver pilnu parasto, līdzsvaroto bellowu un pilotvadāmo atvieglošanas vārstu klāstu API procesa pakalpojumiem. Viņu tiešsaistes izmēru noteikšanas rīki īsteno API 520 vienādojumus un ģenerē ASME atbilstošus dokumentācijas paketes spiediena tvertņu reģistrācijai.

Iestatījuma spiediena regulēšana un pārbaude

Iestatījuma spiediens ir ieplūdes mērierīces spiediens, pie kura atvieglošanas vārsts ir paredzēts atvērties. ASME kodekss prasa, lai faktiskajam aukstā diferenciālā testa spiedienam (CDTP) būtu ±3% robežās no nosaukuma plāksnes iestatījuma spiediena virs 70 psig, un ±2 psi robežās pie vai zem 70 psig.

Iestatījuma spiediena regulēšanai ir jānoņem vārsts no ekspluatācijas. Vārsts tiek pārbaudīts uz sertificētas testa stenda pret kalibrētu spiediena avotu.

1. solis: aukstā diferenciālā korekcija — ja procesa darba temperatūra būtiski atšķiras no apkārtējās testa temperatūras, piemēro temperatūras korekcijas koeficientu, lai ņemtu vērā atsperes spēka izmaiņas ar temperatūru. CDTP atšķirsies no darba iestatījuma spiediena par šo korekcijas vērtību.

2. solis: atsperes regulēšana — iestatījuma spiediens tiek regulēts, pievelkot vai atslābinot regulēšanas skrūvi uz atsperes vāciņa. Skrūves pievilkšana palielina atsperes spēku un paaugstina iestatījuma spiedienu. Katrs ceturtdaļgrieziens maina iestatījuma spiedienu ražotāja noteiktā solī — parasti 2–15 psi atkarībā no atsperes diapazona.

3. solis: pop tests — lēnām palielina ieplūdes spiedienu, izmantojot slāpekli vai ūdeni. Reģistrē spiedienu, pie kura disks paceļas, un izslēgšanās spiedienu, pie kura tas aizveras. Pārbauda, vai abi rādītāji ir ASME tolerances robežās. Atsperes vārstiem izslēgšanās spiediens parasti ir 7–10% zem iestatījuma spiediena.

4. solis: sēdekļa noplūdes tests — pēc aizvēršanās piemēro 90% no iestatījuma spiediena un pārliecinās, ka vismaz vienu minūti nav redzamu noplūžu pie diska sēdekļa. Noplūde norāda uz sēdekļa bojājumu vai piesārņojumu. Ja nepieciešams, sēdekli un disku izlīdzina vai nomaina.

5. solis: aizsargzīmogs un dokumentācija — pēc veiksmīgas testa veikšanas uzliek aizsargzīmogu pāri regulēšanas skrūves vāciņam. Izsniedz kalibrācijas sertifikātu, kurā reģistrē iestatījuma spiedienu, testa datumu, tehniķi, testa iekārtu sērijas numurus un nākamo pārbaudes datumu.

Ekspluatācijas pārbaudes un apkopes programma

API ieteicamā prakse 576 (Spiediena atvieglošanas ierīču pārbaude) nodrošina pārbaudes intervālu un pieņemšanas kritēriju ietvaru. API 580 riska balstītā pārbaudes (RBI) metodoloģija ļauj rūpnīcām pagarināt vai saīsināt pārbaudes intervālus, ņemot vērā korozijas ātrumu, pakalpojuma smagumu un vēsturisko vārstu darbību.

Parasti atvieglošanas vārstu pārbaudes intervāli vispārējā ogļūdeņražu pakalpojumā ir 5 gadi. Korozīvi vai piesārņojoši pakalpojumi prasa 2–3 gadu intervālus. Vārsti tīrā komunālo pakalpojumu darbībā, piemēram, tvaika vai tīra slāpekļa, var kvalificēties 10 gadu intervāliem RBI programmā ar dokumentētu inženiertehnisku pamatojumu.

Biežāk sastopamie bojājumu veidi pārbaudēs:

• Sēdekļa noplūde — visizplatītākais ekspluatācijas bojājums. Korozija, erozija vai procesa nogulsnes bojā izlīdzinātās sēdekļa virsmas. Nelielus bojājumus var labot ar roku izlīdzināšanu. Smagus bojājumus prasa jaunu sēdekļa un diska detaļu nomaiņu.
• Atsperes korozija un plaisas — stresa korozijas plaisāšana (SCC) H2S vai korozīvos pakalpojumos var izraisīt katastrofālu atsperes bojājumu. Atsperes jāapskata vizuāli, meklējot bedrītes, koroziju un plaisas. Nomainīt atsperes ar redzamiem bojājumiem.
• Ieejas sprauslas aizsērēšana — polimerizējoši šķidrumi, kaļķakmens vai koksa nogulsnes daļēji aizsprosto ieejas sprauslu, samazinot faktisko atvieglošanas kapacitāti zem projektētās vērtības. Vārstiem piesārņojošos pakalpojumos nepieciešami īsāki pārbaudes intervāli un iespējams siltuma izolēts vai skalošanas uzturēts ieejas savienojums.
• Atvērts stāvoklis — izraisa procesa nogulsnes, kas tur disku no sēdekļa pēc atvieglošanas notikuma. Daļēji atvērts atvieglošanas vārsts nepārtraukti noplūst, tērē produktu un nesniedz pilnīgu aizsardzību nākamajam pārsprieguma gadījumam. Pēc jebkura zināma atvieglošanas notikuma vienmēr pārbaudīt un testēt vārstu.

GE Oil and Gas (tagad Baker Hughes) spiediena atvieglošanas vārsti, kas tiek izmantoti jūras un augsta spiediena gāzes pielietojumos, ietver dubultā nerūsējošā tērauda komponentus, kas īpaši izstrādāti sēra ūdeņraža (H2S) NACE MR0175 atbilstīgai darbībai. Izvēloties vārstus skābās gāzes pakalpojumam, pārbaudiet, vai visas mitrās metāla daļas atbilst NACE cietības un materiālu prasībām, lai novērstu sēra stresa plaisāšanu.

Nobeigums un rīcības ieteikumi

Spiediena atvieglošanas vārsti aizsargā gan personālu, gan rūpnīcas īpašumus, bet tikai tad, ja tie ir pareizi izmērīti, pareizi iestatīti un regulāri uzturēti. Piemērojiet API 520 izmēru noteikšanas disciplīnu visiem pārsprieguma scenārijiem — neizmēriet tikai vienam gadījumam, cerot, ka konservatīvisms segs pārējos. Izveidojiet dokumentētu pārbaudes programmu saskaņā ar API 576 ar RBI pamatojumu pagarinātiem intervāliem. Testējiet katru vārstu tā plānotajā intervālā vai pēc jebkura zināma atvieglošanas notikuma. Reģistrējiet aukstā diferenciālā testa spiediena korekcijas katrai augstas temperatūras uzstādīšanai. Nekad neatgrieziet vārstu ekspluatācijā ar sēdekļa noplūdi — pat neliela nepārtraukta noplūde paātrina sēdekļa bojājumus un galu galā neļauj vārstam aizvērties pēc nākamā pārsprieguma notikuma. Labi uzturēta PRV programma maksā tikai daļu no viena neplānota tvertnes plīsuma vai procesa apstāšanās izmaksām.